Električni otpornik: Šta je to i šta radi? (Uključeni primeri)

Polje: Osnovna elektronika

China

Šta je električni otpornik?

Otpornik (takođe poznat kao električni otpornik) definiše se kao dvostrani pasivni električni element koji pruža električnu otpornost protoku struje. Otpornost je mera otpora protoku struje u otporniku. Što je veća otpornost otpornika, to je veći prepreka protoku struje. Postoji mnogo različitih vrsta otpornika, poput termistora.

U električnim i elektronskim krugovima, primarna funkcija otpornika jeste da “otpire” protoku elektrona, tj. električnom strujom. Zbog toga se zove “otpornik”.

Otpornici su pasivni električni elementi. To znači da ne mogu dostavljati energiju krugu, a umesto toga prihvataju energiju i disipiraju je u obliku toplote dok kroz njih teče struja.

Različiti otpornici se koriste u električnim i elektronskim krugovima kako bi ograničili protok struje ili proizveli pad napona. Otpornici su dostupni u mnogo različitim vrednostima otpornosti, od frakcija Ohma (Ω) do miliona Ohma.

Prema Ohmovom zakonu, napon (V) na otporniku je direktno proporcionalan struji (I) koja kroz njega teče. Gdje je otpornost R konstanta proporcionalnosti.

Šta radi otpornik?

U električnim i elektronskim kružnicama otpornici se koriste za ograničavanje i regulaciju struje, deljenje napona, prilagođavanje nivoa signala, bias aktivnih elemenata itd.

Na primer, mnogi otpornici su povezani u seriju kako bi ograničili struju koja teče kroz svetloemiti diodu (LED). Ostali primeri su diskutirani ispod.

Zaštita od skokova napona

Snubber kola je mesto gde je serija kombinacija otpornika i kapacitora povezana paralelno sa tiristorom koji se koristi da potisne brzi porast napona preko tiristora. Ovo se naziva snubber kola koja se koristi za zaštitu tiristora od visokog $\frac{dv}{dt}$ .

Otpornici se takođe koriste za zaštitu LED svetala od skokova napona. LED svetla su osetljiva na visoku električnu struju, stoga će biti oštećena ako se ne koristi otpornik za kontrolu toka električne struje kroz LED.

Pružanje odgovarajućeg napona stvaranjem padanja napona

Svaki element u električnoj kružnici, kao što su svetlo ili prekidač, zahteva određeni napon. Za to se koriste otpornici kako bi pružili odgovarajući napon stvaranjem padanja napona preko elemenata.

Šta meri električni otpor (jedinice otpornika)?

Jedinica SI za otpornik (električni otpor se mjeri u) Ohmima i označava se kao Ω. Jedinica ohm (Ω) nazvana je u čast velikog njemačkog fizičara i matematičara Georga Simona Oma.

U SI sistemu, ohm je jednak 1 volt po amperu. Dakle,

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

Stoga, otpornik se takođe mjeri u voltima po amperu.

Otpornici se proizvode i specificiraju u širokom rasponu vrijednosti. Stoga, izvedene jedinice otpornika prilagođene su njihovim vrijednostima, poput miliohma (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohma (1 kΩ = 103 Ω) i megaohma (1 MΩ = 106 Ω), itd.

Simbol električnog otpornika u krugu

Postoji dva glavna simbola koji se koriste za električne otpornike. Najčešći simbol za otpornik je ziz-zag linija, koja se široko koristi u Sjevernoj Americi.

Drugi simbol za otpornik je mali pravougaonik, koji se široko koristi u Evropi i Aziji, i to se naziva međunarodni simbol za otpornik.

Simbol za otpornike prikazan je na slici ispod.

企业微信截图_1710134355893.png — Simbol otpornika

企业微信截图_1710134362141.png — Simbol otpornika

Otpornici u seriji i paralelno

Formula za otpornike u seriji

Sledeći kolaž prikazuje n broj otpornika povezanih u seriju.

Ako su dva ili više otpornika povezana u seriju, onda je ekvivalentni otpor serijski povezanih otpornika jednak zbiru njihovih pojedinačnih otpora.

Matematički, to se izražava kao

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

U seriji spojeva, struja koja teče kroz svaki pojedinačni otpornik ostaje konstantna (tj. struja kroz svaki otpornik je ista).

Primer

Kao što je prikazano na shemi ispod, tri otpornika, 5 Ω, 10 Ω i 15 Ω, su povezani u seriju. Pronađite ekvivalentni otpor serijski spojenih otpornika.

Rešenje:

Podaci: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ i $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Prema formuli,

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

Таким образом, еквивалентни отпор серијно повезаних отпорника је 30 Ω.

(напомена: схема изнад каже 25 Ω. То је грешка, тачан одговор је 30 Ω)

Формула за паралелно повезане отпорнике

Следећа шема приказује број отпорника n повезаних паралелно.

Ако су два или више отпорника повезана паралелно, онда је еквивалентни отпор паралелно повезаних отпорника једнак реципрочности збира реципрочности индивидуалних отпора.

Математички, ово се изражава као

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

U toku kroz paralelno povezane otpornike, naponski pad na svakom pojedinačnom otporniku ostaje konstantan (tj. naponski pad na svakom otporniku je isti).

Otporničke šeme (primeri primene)

Otpornik za ograničavanje struje LED diode

Ograničavanje struje je veoma važno za LED diode. Ako kroz LED diodu prođe previše struje, ona će se oštetiti. Stoga se koristi otpornik za ograničavanje struje kako bi se smanjila struja koja prođe kroz LED diodu.

Otpornici za ograničavanje struje su povezani u seriju sa LED diodom kako bi se ograničila struja koja prođe kroz LED diodu na siguran nivo. Na primer, kao što je prikazano na slici ispod, otpornik za ograničavanje struje je povezan u seriju sa LED diodom.

Šema LED diode – Otpornik za ograničavanje struje

Izračunavanje potrebne vrednosti otpornika za ograničavanje struje

Pri izračunavanju vrednosti otpornika za ograničavanje struje, moramo znati tri specifikacije ili karakteristike LED diode:

Naponski pad LED diode (iz datoteke podataka)
Maksimalna napravna struja LED diode (iz datoteke podataka)
VS = naponska snabdeva

Naponski pad je napon potreban da LED dioda bude upaljena, i obično se nalazi u opsegu od 1,7 V do 3,4 V, zavisno od boje LED diode. Maksimalna napravna struja je kontinuirana struja koja prođe kroz LED diodu, i obično iznosi oko 20 mA za osnovne LED diode.

Sada možemo izračunati potrebnu vrednost otpornika za ograničavanje struje koristeći sledeću jednačinu,

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

Gde je, $V_S$ = napajajuće napon

$V_F$ = napadni napon

$I_F$ = maksimalna napadna struja

Pogledajmo primer izračunavanja potrebne vrednosti otpornika za ograničavanje struje koristeći gore navedenu formulu.

Otpornici za podizanje

Otpornici za podizanje su otpornici korišćeni u elektronskim logičkim kola kako bi se osiguralo poznato stanje signala.

Drugim rečima, otpornici za podizanje se koriste kako bi se osiguralo da žica bude podignuta na visoku logičku razinu kada nema ulaznog stanja. Otpornik za spuštanje radi slično kao i otpornici za podizanje, samo što on spuštaju žicu na nisku logičku razinu.

Савременичипови микроконтролери и цифрове логичке копце имају много улазних и излазних пина, а ови улази и излази треба да буду исправно подешени. Зато се користе резистори за повлачење (pull-up resistors) да би се осигурала исправна бијаса улазног пина микроконтролера или улаза цифрових логичких копца на познато стање.

Резистори за повлачење се користе у комбинацији са транзисторима превици дугмацима итд који прекидају физичку везу последующих компоненти са земљом или VCC. На пример шема резистора за повлачење је приказана на слици испод.

企业微信截图_17101346272890.png — Шема резистора за повлачење

企业微信截图_17101346341956.png — Шема резистора за повлачење

Како је приказано када је превођач затворен улазни напон (Vin) на микроконтролеру или копцу иде на земљу а када је превођач отворен улазни напон (Vin) на микроконтролеру или копцу се повлачи на ниво улазног напона (Vin).

Зато резистор за повлачење може бијасирати улазни пин микроконтролера или копца када је превођач отворен. Без резистора за повлачење улази на микроконтролеру или копцу би били плавајући тј. у стању високог импеданса.

Типична вредност резистора за повлачење је 4.7 кОм али може варираТИ у зависности од примене.

Пад напона преко резистора

Пад напона преко резистора није ништа друго до вредност напона преко резистора. Пад напона је такође познат као IR пад.

Као што знамо резистор је пасивни електрички елемент који пружа електричну резистенцију протоку струје. Тако преma закону Ома створиће пад напона када струја пролази кроз резистор.

Matematički, pad napona kroz otpornik može se izraziti kao,

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

Oznaka za IR padove (padove napona)

Da bi se odredila oznaka za padove napona kroz otpornik, vrlo je važna smer struje.

Razmotrimo otpornik sa otporom R kroz koji struja (I) teče od tačke A do tačke B, kako je prikazano na slici ispod.

Stoga je tačka A na većem potencijalu od tačke B. Ako putujemo od A do B, V = I R negativno, tj. -I R (to jest, pad potencijala). Slično tome, ako putujemo od tačke B do tačke A, V = I R pozitivno, tj. +I R (to jest, porast potencijala).

Dakle, jasno je da zavisi oznaka pade napona kroz otpornik o smeru struje kroz taj otpornik.

Bojne kodove otpornika

Bojne kodove otpornika koriste se za identifikaciju vrednosti otpora i procentualne tolerancije bilo kog otpornika. Bojni kodovi otpornika koriste bojne trake za njihovu identifikaciju.

Kao što je prikazano na slici ispod, na otporniku su ispisane četiri bojne trake. Tri od traka su ispisane jedna pored druge, a četvrta traka je ispisana malo udaljena od treće trake.

4 band resistor color code — Četvorobojni kod otpornika

Prve dve trake sa leve strane označavaju značajne cifre, treća traka označava dekadni množitelj, a četvrta traka označava toleranciju.

5 band resistor code — Boja kod za otpornike sa 5 traka

Tabela ispod pokazuje značajne cifre, dekadni množitelj i toleranciju za različite boje kodiranja otpornika.

Ključni tačke:

Zlatna i srebrna traka uvek se stavlja desno.
Vrednost otpornika uvek se čita s leva na desno.
Ako nema trake tolerancije, pronađite stranu sa trakom blizu nosača i to učinite prvu trakom.

Primer (Kako izračunati vrednost otpornika?)

Kao što je prikazano na slici ispod, karbonski otpornik sa kodiranjem bojama ima prvu traku zelene, drugu plave, treću crvene, a četvrtu zlatne boje. Pronađite specifikacije otpornika.

Rešenje:

Prema tabeli kodiranja bojama otpornika,

Zeleno	Plavo	Crveno	Zlatno
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

Тако је вредност отпора $5600\,\,\Omega$ са ${\pm 5}{\%}$ толеранцијом.

Дакле, вредност отпора је између

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

Дакле, вредност отпора је између $5880\,\,\Omega$ и $5320\,\,\Omega$ .

Kodiranje karakterom ili slovom (RKM kod)

Ponekad otpornici mogu biti toliko mali da je teško primeniti kodiranje bojama. U takvim slučajevima, koristi se kodiranje karakterom ili slovom za specifikacije otpornika. Ovo se takođe naziva RKM kod.

Karakteri koji se koriste za kodiranje otpornika su R, K i M. Kada postoji karakter između dve decimalne vrednosti, on djeluje kao decimalna tačka. Na primer, karakter R označava Ohmove, K označava Kiloohmove, a M označava Megaohmove. Pogledajmo neke primere ove prakse.

Otpor	Slovenski kod
0.3 Ω	R3
0.47 Ω	R47
1 Ω	1R0
1 KΩ	1K
4.7 KΩ	4K7
22.3 MΩ	22M3
9.7 MΩ	9M7
2 MΩ	2M

Пример – словни или цифрови код

Толеранција се означава као

Karakter	Tolerancija
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

Пример – Отпор с буквеним кодом:

Vrste otpornika

Postoji mnogo vrsta otpornika, svaki sa svojim unikatnim osobinama i specifičnim primenama.

Dostupne su dve osnovne vrste otpornika: fiksni otpornici i promenljivi otpornici. Obje vrste navedene su ispod.

Fiksni otpornici

Fiksni otpornici su najšire korišćena vrsta otpornika. Široko se koriste u elektronskim krugovima za podešavanje i regulisanje pravilnih uslova u krugu. Vrste fiksnih otpornika navedene su ispod.

Ugljeni kompozitni otpornici (ugljeni otpornici)
Ugljeni stohovi otpornika
Ugljeni folijni otpornici
Termistor (termički otpornik)
Žičani zavojni otpornici
Površinski montirani otpornici
Metalni folijni otpornici
Metalno oksidni folijni otpornici
Debeli folijni otpornici
Tanka folija otpornika
Folijni otpornici
Ispisani ugljeni otpornici
Šunti ampermetra (otpornici za merenje struje)
Mrežni otpornici

Promenljivi otpornici

Promenljivi otpornici sastoje se od jednog ili više fiksnih elementa otpornika i kliznika. Ovi daju tri veze na element; dvije su povezane sa fiksnim elementom otpornika, a treća je kliznik. Pomeranjem kliznika na različite terminalne tačke, možemo menjati vrednost otpora.

Vrste promenljivih otpornika navedene su ispod.

Prilagođivi otpornici
Potenciometri
Varijabilni otpornici (Reostat)
Kutija dekade otpora (Zamenska kutija otpornika)
Varistori (Nelinearni otpornik)
Otpornik zavisan od svetlosti (LDR) ili Fotoresistor
Regulatori

Drugi specijalni tipovi otpornika uključuju:

Vodeni otpornik (Voden reostat, Tečni reostat)
Balastični otpornik
Fenolna lisica otpornika
Cermet otpornici
Tantalum otpornici

Veličine otpornika (Najčešće vrednosti otpornika)

Veličine otpornika su organizovane u skupove različitih serija standardnih vrednosti otpornika. Godine 1952. Međunarodna elektrotehnička komisija je odlučila da odredi standardne vrednosti otpora i tolerancije kako bi se povećala kompatibilnost između komponenti i olakšao proizvodnja otpornika.

Ove standardne vrednosti poznate su kao E serije preferiranih brojeva IEC 60063. Ove E serije su klasifikovane kao E12, E24, E48, E96 i E192 sa 12, 24, 48, 96 i 192 različitim vrednostima unutar svake dekade.

Najčešće vrednosti otpornika navedene su ispod. To su E3, E6, E12 i E24 standardne vrednosti otpornika.

E3 standardna serija otpornika:

E3 serija otpornika predstavlja najčešće koristene vrednosti otpornika u elektronskoj industriji.

1,0

2,2

4,7

E6 standardni niz otpornika:

E3 niz otpornika je takođe najčešće korišćen i pruža širok spektar često korišćenih vrednosti otpornika.

1,0	1,5	2,2
3,3	4,7	6,8

E12 standardni niz otpornika:

1,0	1,2	1,5
1,8	2,2	2,7
3,3	3,9	4,7
5,6	6,8	8,2

E24 standardni niz otpornika:

1.0	1.1	1.2
1.3	1.5	1.6
1.8	2.0	2.2
2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9
4.3	4.7	5.1
5.6	6.2	6.8
7.5	8.2	9.1

Tolerancija otpornika obično se navodi kao ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ i ${\pm 1}{\%}$ .

Od čega je napravljen otpornik?

U zavisnosti od primene, za izradu otpornika koristi se različitih materijala.

Otpornici su izrađeni od ugljena ili bakra, što teško uslovljava proticaj električne struje kroz krug.
Najčešći tip i univerzalni otpornik je ugljeni otpornik, najprikladniji za niskosnažne elektronske krugove.
Legure mangani i konstantan koriste se za proizvodnju standardnih žičanih otpornika, jer imaju visoku električnu upornost i niski temperaturni koeficijent upornosti.
Мангански фолијум и жица се користе за израду отпорника као што су шунтови амперметара, јер манган има скоро нулти температурни коефицијент отпорности.
Никл-бакар-манган легура се користи за израду стандардних отпорника; отпорници намотани жицом, прецизни отпорници намотани жицом итд. Ова легура има састав: Никл = 4%; Бакар = 84%; Манган = 12%.

Које су уобичајене примене отпорника (примене отпорника)

Неке од примена отпорника обухватају:

Отпорници се користе у појачавачима, осцилаторима, дигиталним мулти-метрима, модулаторима, демодулаторима, предајницима итд.
Фоторезистори се користе у алармима против пронапада, детекторима пламена, фотографским уређајима итд.
Отпорници намотани жицом се користе у шунту са амперметром тамо где су потребне висока осетљивост, балансирана контрола струје и тачна мерења.